WO2015044282A1

WO2015044282A1 - Plasma/ion-based coating method, and plasma probe

Info

Publication number: WO2015044282A1
Application number: PCT/EP2014/070513
Authority: WO
Inventors: Dieter Gäbler; Norbert Kaiser; Andreas Ohl; Daniel KÖPP; Rüdiger FOEST; Jens HARHAUSEN
Original assignee: Leibniz Institut fuer Plasmaforschung und Technologie eV; Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Leibniz Institut fuer Plasmaforschung und Technologie eV; Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2014-09-25
Publication date: 2015-04-02
Anticipated expiration: 2016-03-27
Also published as: DE102013110722A1

Abstract

The invention relates to a plasma/ion-based coating method in which a steam jet (17) of a coating material is generated in a vacuum chamber (14) by means of a steam source (16), said jet being directed towards a substrate (19) in order to deposit a layer (20). During a coating process, an ion jet (1) directed towards the substrate (19) is generated by means of a plasma ion source (15) in order to introduce energy into the layer (20). At least one plasma characteristic variable is determined during the coating process by means of at least one plasma probe (21, 22, 23), and the measured plasma characteristic variable or a measured value calculated from the plasma characteristic variable is used by a control device (25) in order to control the coating process. The invention further relates to a plasma probe (21, 22) which is suitable for the method.

Description

Beschreibung description

Plasma-ionengestütztes Beschichtungsverfahren und Plasmasonde Die Erfindung betrifft ein plasma-ionengestütztes The invention relates to a plasma-ion-assisted coating method and plasma probe

Beschichtungsverfahren und eine Plasmasonde, die zur Coating process and a plasma probe used for

Monitorierung eines plasma-ionengestützten Monitoring of a plasma-ion-based

Beschichtungsverfahrens eingesetzt werden kann. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2013 110 722.2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Coating method can be used. This patent application claims the priority of German Patent Application 10 2013 110 722.2, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.

Eine Beschichtungsanlage mit einer Plasmaionenquelle zur Durchführung eines plasma-ionengestützten A coating system with a plasma ion source for performing a plasma-ion-based

Beschichtungsverfahrens ist aus der Druckschrift DE 4020158 AI bekannt. Eine Plasmaionenquelle für ein plasma- ionengestütztes Beschichtungsverfahren wird in der Coating method is known from the document DE 4020158 AI. A plasma ion source for a plasma ion-assisted coating process is disclosed in U.S. Pat

Druckschrift DE 102011103464 B4 beschrieben. Publication DE 102011103464 B4 described.

Plasma-ionengestützte Beschichtungen weisen Merkmale auf, die mit konkurrierenden Verfahren nicht ohne weiteres erreichbar sind. Insbesondere können mit Hilfe von plasma- ionengestützten Beschichtungsverfahren (PIAD - Plasma Ion Assisted Deposition) die Brechzahl und die Schichtdicke von optischen Schichten bzw. Schichtsystemen weitgehend Plasma ion-supported coatings have features that are not readily achievable with competing processes. In particular, the refractive index and the layer thickness of optical layers or layer systems can largely be determined with the aid of plasma-ion-assisted deposition methods (PIAD - Plasma Ion Assisted Deposition)

unabhängig voneinander eingestellt werden. be set independently.

Gegenwärtig ist dieser Vorteil aber nur begrenzt nutzbar, weil Gleichmäßigkeit und Reproduzierbarkeit der At present, this advantage is only limited use, because uniformity and reproducibility of the

Schichteigenschaften in der Fläche und innerhalb der Layer properties in the area and within the

Schichten nicht ausreichen. Eine wesentliche Ursache dessen ist, dass die Beschichtungen nur anhand der äußeren, technischen Parameter der Beschichtungsanlagen gesteuert werden können. Deren Anzahl ist noch dazu vergleichsweise groß, denn eine Plasma-ionengestützte Beschichtungsanlage besteht in der Regel aus einer Hochvakuumkammer, an die mehrere Quellen zur Beaufschlagung der Substrate mit Layers are not enough. An essential cause of this is that the coatings can only be based on the outer, technical parameters of the coating equipment can be controlled. Their number is still comparatively large, because a plasma ion-based coating system usually consists of a high vacuum chamber, to which several sources for acting on the substrates with

Neutralteilchen- und Ionenflüssen angeflanscht sind. Dies ist nicht nur ein Konstruktions- , sondern auch ein Neutral particle and ion flows are flanged. This is not only a design, but also a design

Funktionsprinzip, denn erst durch die Expansion und Functional principle, because only through the expansion and

Wechselwirkung dieser Flüsse über lange Wege und große Interaction of these rivers over long distances and large ones

Energie- und Dichtegradienten kommen die erforderlichen Energy and density gradients are required

Energien und Flussdichten zustande. Wie bei vielen Energies and flux densities. Like many

Plasmaprozessen haben die Anlagenparameter nur mittelbaren Einfluss auf die Schichteigenschaften. Das erschwert die Auswahl brauchbarer Regelparameter und begünstigt das Plasma processes have only an indirect influence on the coating properties of the plant parameters. This complicates the selection of useful control parameters and favors that

Auftreten von unvorteilhaft großen Regelungs-Schwankungen. Grundsätzlich sind die Charakteristiken von Plasmen, z.B. Strom-Spannungs-Kennlinien, in weiten Bereichen nichtlinear. Das führt dazu, dass gleichartige Flüsse in die Vakuumkammer mit unterschiedlichen Plasmaquellen-Einstellungen erreicht werden können. Außerdem treten Driften der Parameter auf, welche durch Alterungsprozesse der Plasmaquelle bzw. durch Veränderungen des Zustandes der Anlage während des Betriebes hervorgerufen werden. Zudem ist bekannt, dass die Verteilung der Flüsse auf die Substrate und Wände nicht gleichmäßig ist. Occurrence of unfavorably large control fluctuations. Basically, the characteristics of plasmas, e.g. Current-voltage characteristics, nonlinear in many areas. As a result, similar flows into the vacuum chamber can be achieved with different plasma source settings. In addition, drift of the parameters, which are caused by aging processes of the plasma source or by changes in the state of the system during operation occur. In addition, it is known that the distribution of the rivers on the substrates and walls is not uniform.

Ein Lösungsansatz ist das in-situ Monitoring der erzielten optischen Eigenschaften der Schichten in Verbindung mit einer Messung der Massenflussdichten bzw. Schichtdicken. Dieser Ansatz löst aber das Problem nicht vollständig. Zum einen funktioniert er bei komplexeren Schichtaufbauten und während bestimmter Prozessphasen nicht, darunter der entscheidend wichtigen Anwachsphase der Schichten. Zum anderen stellen die erhobenen Messwerte Integrale über die Schichteigenschaften dar. Für die Zuordnung zu aktuellen Steuerungseinstellungen müssen sie unter Umständen nach der Zeit abgeleitet werden. Das ist mit einer beträchtlichen Erhöhung der Fehler One approach is the in-situ monitoring of the achieved optical properties of the layers in combination with a measurement of the mass flux densities or layer thicknesses. However, this approach does not completely solve the problem. On the one hand, it does not work with complex layer structures and during certain process phases, including the critical growth phase of the layers. On the other hand, the collected measurements provide integrals about the layer properties For the assignment to current control settings, they may have to be derived according to the time. That is with a considerable increase in errors

verbunden . connected .

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes plasma-ionengestütztes Beschichtungsverfahren anzugeben, bei dem durch eine verbesserte Steuerung des An object of the invention is to provide an improved plasma ion-assisted coating process, in which by an improved control of the

Beschichtungsvorgangs die Schichteigenschaften, insbesondere der Brechungsindex der Schicht, gezielt eingestellt werden können und eine besonders hohe Gleichmäßigkeit und Coating process, the layer properties, in particular the refractive index of the layer, can be adjusted specifically and a particularly high uniformity and

Reproduzierbarkeit aufweisen. Weiterhin soll eine Plasmasonde zur Monitorierung des plasma-ionengestützten Have reproducibility. Furthermore, a plasma probe for monitoring the plasma-ion-based

Beschichtungsverfahrens angegeben werden, die vorteilhaft zur Bestimmung von Plasmakenngrößen in der Nähe eines zu Coating method can be specified, which is advantageous for the determination of plasma characteristics in the vicinity of a

beschichtenden Substrats eingesetzt werden kann. coating substrate can be used.

Diese Aufgaben werden durch ein plasma-ionengestütztes These tasks are supported by a plasma-ion

Beschichtungsverfahren und eine Plasmasonde gemäß den Coating method and a plasma probe according to

unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte independent claims solved. advantageous

Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Embodiments and developments of the invention are

Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Subject of the dependent claims.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird bei dem plasma- ionengestützten Beschichtungsverfahren in einer Vakuumkammer mittels einer Verdampfungsquelle ein Dampfstrahl eines According to at least one embodiment, in the plasma ion-assisted coating method in a vacuum chamber by means of an evaporation source, a steam jet of a

Beschichtungsmaterials erzeugt, der zur Abscheidung einer Schicht auf ein Substrat gerichtet ist. Das Coating material is produced, which is directed to the deposition of a layer on a substrate. The

Beschichtungsverfahren ist somit ein PVD (Physical Vapor Deposition) -Verfahren, bei dem das Beschichtungsmaterial mittels der Verdampfungsquelle in die Gasphase überführt und aus der Gasphase auf dem Substrat abgeschieden wird. Die Verdampfungsquelle kann insbesondere eine thermische Verdampfungsquelle oder eine Elektronenstrahl- Verdampfungsquelle sein. In der Vakuumkammer können mehrere Verdampfungsquellen angeordnet sein, die zum Beispiel zur Herstellung von Schichten aus verschiedenen Coating method is thus a PVD (Physical Vapor Deposition) method in which the coating material is transferred by means of the evaporation source in the gas phase and is deposited from the gas phase on the substrate. The evaporation source can in particular be a thermal Be evaporation source or an electron beam evaporation source. In the vacuum chamber, a plurality of evaporation sources can be arranged, for example, for the production of layers of various

Beschichtungsmaterialien vorgesehen sind. Coating materials are provided.

Das Beschichtungsmaterial wird während eines The coating material is during a

Beschichtungsvorgangs auf dem Substrat abgeschieden. Mit dem Verfahren können insbesondere Mehrschichtsysteme hergestellt werden, wobei nacheinander Schichten aus verschiedenen Coating process deposited on the substrate. With the method, in particular multilayer systems can be produced, successively layers of different

Beschichtungsmaterialien auf dem Substrat abgeschieden werden. Die Beschichtungsmaterialien können sowohl Coating materials are deposited on the substrate. The coating materials can both

dielektrische als auch metallische Materialien umfassen. Bei dem plasma-ionengestützten Beschichtungsverfahren wird mittels einer Plasmaionenquelle ein auf das Substrat dielectric as well as metallic materials. In the plasma ion-assisted coating process, a plasma ion source is applied to the substrate

gerichteter Ionenstrahl zum Energieeintrag in die directed ion beam for energy input into the

aufwachsende Schicht während eines Beschichtungsvorgangs erzeugt. Der Aufbau und die Funktionsweise einer derartigen Plasmaionenquelle sind an sich aus den in der Einleitung zitierten Druckschriften DE 4020158 AI und DE 102011103464 B4 bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher growing layer generated during a coating process. The structure and operation of such a plasma ion source are known per se from the documents cited in the introduction DE 4020158 AI and DE 102011103464 B4 and are therefore not closer at this point

erläutert . Bei dem hierin beschriebenen Verfahren wird vorteilhaft mittels mindestens einer Plasmasonde mindestens eine explained. In the method described herein, at least one is advantageously used by means of at least one plasma probe

Plasmakenngröße während des Beschichtungsvorgangs bestimmt. Die gemessene Plasmakenngröße oder eine aus der Plasma characteristic determined during the coating process. The measured plasma characteristic or one from the

Plasmakenngröße berechnete Maßzahl wird bei dem Verfahren vorteilhaft von einer Steuervorrichtung zur Regelung des Beschichtungsvorgangs verwendet. Anders als bei herkömmlichen plasma-ionengestützten Plasma characteristic calculated dimension is used in the method advantageously by a control device for controlling the coating process. Unlike conventional plasma ion-based

Beschichtungsverfahren, bei denen die Regelung des Coating processes in which the scheme of

Beschichtungsvorgangs in der Regel anhand von Prozessgrößen erfolgt, welche den Plasmazustand nur mittelbar beeinflussen, wie zum Beispiel Ströme, Spannungen, Gasflüsse, Drücke oder Temperaturen bestimmter Anlagenkomponenten, wird der Coating process usually takes place on the basis of process variables that affect the plasma state only indirectly, such as currents, voltages, gas flows, pressures or temperatures of certain system components, the

Beschichtungsvorgang bei dem hierin beschriebenen Verfahren durch eine während des Beschichtungsvorgangs gemessene Coating process in the process described herein by a measured during the coating process

Plasmakenngröße gesteuert. Hierdurch werden Regelungs- Schwankungen vermindert, die zum Beispiel dadurch entstehen, dass die Charakteristiken des Plasmas in weiten Bereichen nichtlinear von Anlagenparametern abhängen. Die direkte Controlled plasma characteristic. This reduces control fluctuations that occur, for example, as a result of the fact that the characteristics of the plasma largely depend nonlinearly on system parameters. The direct

Messung von mindestens einer Plasmakenngröße während des Beschichtungsprozess hat den Vorteil, dass Abweichungen der Plasmakenngröße von einem Sollwert, die sich beispielsweise durch Alterungsprozesse der Plasmaquelle oder durch Measurement of at least one plasma parameter during the coating process has the advantage that deviations of the plasma characteristic from a desired value, which can be determined, for example, by aging processes of the plasma source or by

Veränderungen des Zustands der Anlage während des Changes in the condition of the system during the

Beschichtungsbetriebs hervorgerufen werden können, durch eine geeignete Regelung vermindert werden können. Es hat sich herausgestellt, dass bei einem auf diese Weise geregelten plasma-ionengestützten Beschichtungsverfahren die Coating operation can be caused by a suitable control can be reduced. It has been found that in a plasma ion-assisted coating process controlled in this way

Reproduzierbarkeit des Brechungsindex einer hergestellten Schicht wesentlich verbessert werden kann. Mit dem Verfahren lassen sich daher besonders gleichmäßige Schichten mit hoher Reproduzierbarkeit herstellen. Reproducibility of the refractive index of a prepared layer can be significantly improved. The process therefore makes it possible to produce particularly uniform layers with high reproducibility.

Bei der mittels der Plasmasonde gemessenen Plasmakenngröße kann es sich insbesondere um die Energiedichte und/oder die Ionenflussdichte des mittels der Plasmaionenquelle erzeugten Ionenstrahls handeln. Es können insbesondere sowohl die The plasma characteristic variable measured by means of the plasma probe may in particular be the energy density and / or the ion flux density of the ion beam generated by means of the plasma ion source. In particular, both the

Energiedichte als auch die Ionenflussdichte gleichzeitig bestimmt werden. Die Energiedichte und/oder die Energy density and the ion flux density can be determined simultaneously. The energy density and / or the

Ionenflussdichte des Ionenstrahls haben einen wesentlichen Einfluss auf die Eigenschaften der aufwachsenden Schicht und sind daher als Regelgröße für den Beschichtungsvorgang besonders relevant. Bei dem Beschichtungsverfahren können vorteilhaft mehrere Plasmakenngrößen gemessen werden, wozu insbesondere mehrere Plasmasonden eingesetzt werden können. Die mehreren Ion flux density of the ion beam have a significant Influence on the properties of the growing layer and are therefore particularly relevant as a controlled variable for the coating process. In the coating method, advantageously several plasma parameters can be measured, for which purpose in particular a plurality of plasma probes can be used. The several

Plasmakenngrößen umfassen vorteilhaft ein oder mehrere der folgenden Größen: Energiedichte des Ionenstrahls, Plasma characteristics advantageously comprise one or more of the following variables: energy density of the ion beam,

Ionenflussdichte des Ionenstrahls, Flussdichte von Ionen eines Hintergrundplasmas und Flussdichte von Neutralteilchen. Der Energiefluss auf das Substrat während eines Ion flux density of the ion beam, flux density of ions of a background plasma, and flux density of neutral particles. The flow of energy to the substrate during a

Beschichtungsvorgangs wird nicht nur von den mittels der Plasmaionenquelle erzeugten Ionen des Ionenstrahls, sondern zusätzlich auch von niederenergetischen Ionen des Coating process is not only of the ions of the ion beam generated by the plasma ion source, but also of low-energy ions of the ion beam

Hintergrundplasmas und von schnellen Neutralteilchen Background plasma and fast neutrals

verursacht, die aus Ladungstransfer hervorgehen können. caused by charge transfer.

Besonders vorteilhaft werden daher bei dem Therefore, particularly advantageous in the

Beschichtungsvorgang sowohl die Flussdichte der Ionen des Ionenstrahls, die Flussdichte der Ionen des Coating process both the flux density of the ions of the ion beam, the flux density of the ions of the ion beam

Hintergrundplasmas als auch die Flussdichte von Background plasma as well as the flux density of

Neutralteilchen mittels geeigneten Plasmasonden bestimmt. Neutral particles determined by means of suitable plasma probes.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist zumindest eine Plasmasonde in einem Abstand von nicht mehr als 10 cm von einer Auslassöffnung der Plasmaionenquelle angeordnet. Diese Plasmasonde wird daher hier und im In a preferred embodiment of the method, at least one plasma probe is arranged at a distance of not more than 10 cm from an outlet opening of the plasma ion source. This plasma probe is therefore here and in the

Folgenden als „quellennahe" Plasmasonde bezeichnet. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass an zwei It has surprisingly been found that on two

steuerungstechnisch besonders relevanten Orten in der Control technology particularly relevant places in the

Vakuumkammer Plasmaeigenschaften auftreten, die den stabilen Betrieb von Plasmasonden sogar unter Bedampfungsbedingungen während des Beschichtungsvorgangs ermöglichen. Einer dieser Orte ist die unmittelbare Umgebung des Auslasses der Occur plasma chamber characteristics that allow the stable operation of plasma probes even under vapor deposition conditions during the coating process. One of these Places is the immediate vicinity of the outlet of the

Plasmaionenquelle, in der vorteilhaft die quellennahe Plasma ion source, in the advantageous close to the source

Plasmasonde angeordnet wird. Die mittleren Energien der Elektronen und Ionen sind in unmittelbarer Nähe der Auslassöffnung der Plasmaionenquelle, das heißt in einer Entfernung von bis zu 10 cm, besonders hoch, beispielsweise im Bereich von 10 eV bis 20 eV für Plasma probe is arranged. The average energies of the electrons and ions are in the immediate vicinity of the outlet opening of the plasma ion source, that is at a distance of up to 10 cm, particularly high, for example in the range of 10 eV to 20 eV for

Elektronen und 50 eV bis 100 eV für Ionen. Die hohen Energien der auftreffenden Teilchen führen an der Plasmasonde zu einer Sputterwirkung, welche die Ausbildung einer isolierenden Beschichtung auf der Plasmasonde vorteilhaft verhindern. Der Sputtereffekt wird durch eine negative Vorspannung an der Plasmasonde, die für die Bestimmung eines Ionenstroms erforderlich ist, zusätzlich begünstigt. Unter diesen Electrons and 50 eV to 100 eV for ions. The high energies of the incident particles lead to the plasma probe to a sputtering effect, which advantageously prevent the formation of an insulating coating on the plasma probe. The sputtering effect is additionally favored by a negative bias on the plasma probe, which is required for the determination of an ion current. Under these

Betriebsbedingungen können sowohl die Flussdichte als auch die Energie der in die Vakuumkammer einströmenden Plasmaionen erfasst werden. Die Sputterwirkung der in unmittelbarer Nähe des Auslasses der Plasmaionenquelle auf die Plasmasonde auftreffenden Ionen ist einerseits vorteilhaft, um eine ungewollte Beschichtung der Plasmasonde mit dem Beschichtungsmaterial zu vermindern, wobei andererseits aber durch den Sputtereffekt die Operating conditions, both the flux density and the energy of the plasma ions flowing into the vacuum chamber can be detected. The sputtering effect of the incident on the plasma probe in the immediate vicinity of the outlet of the plasma ion source ions on the one hand advantageous to reduce an unwanted coating of the plasma probe with the coating material, but on the other hand by the sputtering effect the

Plasmasonde selbst, insbesondere deren Fläche, nicht Plasma probe itself, especially their area, not

wesentlich durch das Sputtern verändert werden sollte. Um dies zu gewährleisten, wird als quellenahe Plasmasonde vorzugsweise eine großformatige Sonde verwendet. Die quellennahe Plasmasonde kann insbesondere eine should be changed significantly by sputtering. To ensure this, a large-sized probe is preferably used as the near-source plasma probe. The near-source plasma probe can in particular a

Zylindersonde sein, für die vorteilhaft d_s < 0,01 r gilt, wobei d_s der Sputterabtrag während relevanter Betriebsdauern und r der Sondenradius ist. Besonders bevorzugt beträgt der Sondenradius r zwischen 1 mm und 5 mm. Cylinder probe for which advantageously d _s <0.01 r applies, where d _{s is} the sputtering removal during relevant operating periods and r is the probe radius. Particularly preferably, the probe radius r is between 1 mm and 5 mm.

Bei einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung ist die quellennahe Plasmasonde als planare Sonde ausgeführt, für die dp > 10 d_s gilt, wobei dp die Dicke der planaren Sonde ist. Besonders bevorzugt beträgt die Dicke dp der planaren Sonde zwischen 0,1 mm und 1 mm. Ein weiterer für die Steuerung des plasma-ionengestützten Beschichtungsprozesses besonders relevanter Ort ist die unmittelbare Umgebung des zu beschichtenden Substrats. Bei dem hierin beschriebenen Beschichtungsverfahren ist In an alternative advantageous embodiment, the near-source plasma probe is designed as a planar probe for which dp> 10 d _s , where dp is the thickness of the planar probe. Particularly preferably, the thickness dp of the planar probe is between 0.1 mm and 1 mm. Another particularly relevant location for the control of the plasma-ion-supported coating process is the immediate environment of the substrate to be coated. In the coating process described herein

vorteilhaft mindestens eine Plasmasonde in einem vertikalen Abstand von nicht mehr als 10 cm, bevorzugt in einem Abstand von 1 cm bis 10 cm, von dem zu beschichtenden Substrat angeordnet. Diese Plasmasonde wird hier und im Folgenden als „substratnahe" Plasmasonde bezeichnet. Die Energien und Dichten des isotropen Hintergrundplasmas sind in der Nähe des Substrats so niedrig, dass dort bei Anlegen großer negativer Vorspannungen an die Plasmasonde sehr weite Randschichten (typisch etwa 2 mm) entstehen. Es wurde festgestellt, dass derartige Randschichten unter bestimmten Bedingungen messtechnisch brauchbare ionenoptische Abbildungssysteme darstellen. Insbesondere kann eine Advantageously, at least one plasma probe is arranged at a vertical distance of not more than 10 cm, preferably at a distance of 1 cm to 10 cm, from the substrate to be coated. The energies and densities of the isotropic background plasma in the vicinity of the substrate are so low that very large marginal layers (typically about 2 mm) are formed there when large negative bias voltages are applied to the plasma probe It has been found that under certain conditions such boundary layers represent metrologically useful ion-optical imaging systems

modifizierte Machsonde mit zylindrischer Geometrie der modified Machsonde with cylindrical geometry of

Randschicht als substratnahe Plasmasonde verwendet werden. Bei einer solchen Plasmasonde, die im Folgenden noch näher erläutert wird, können wahlweise schnelle, hochenergetische Ionen des Ionenstrahls und Ionen des Hintergrundplasmas oder nur Ionen des Hintergrundplasmas auf eine strahlabgewandte, nicht dem Dampfstrahl ausgesetzte Rückseiten-Elektrode geleitet werden. Die Charakteristik einer solchen Plasmasonde kann bei einer hohen negativen Vorspannung der Charakteristik einer Zylindersonde im so genannten „Orbital Motion Limit (OML) " sehr ähnlich werden. Letzteres führt dazu, dass sich die komplizierten, in der Regel nur mit Hilfe ausgedehnter numerischer Verfahren beschreibbaren Charakteristiken einer Machsonde unter Zuhilfenahme eines Kalibrierungsverfahrens vereinfachen und damit für Steuerungszwecke brauchbar werden. Wahlweises An- und Abschalten des Einschusses der Surface layer can be used as a substrate near plasma probe. In such a plasma probe, which will be explained in more detail below, optionally fast, high-energy ions of the ion beam and ions of the background plasma or only ions of the background plasma on a non-jet exposed, not the steam jet exposed backside electrode be directed. The characteristic of such a plasma probe can be very similar to the characteristic of a cylinder probe in the so-called "Orbital Motion Limit (OML)" at a high negative bias, which leads to the complicated, usually only with the help of extensive numerical methods writable characteristics facilitate a Machprobe with the aid of a calibration procedure and thus become useful for control purposes

hochenergetischen Strahlionen mittels Vorspannungsvariation oder mit Hilfe von mechanischen Blenden führt dann zur high-energy beam radiation by means of bias variation or with the help of mechanical apertures then leads to

Unterscheidbarkeit zwischen dem Ionensättigungsstrom aus dem Plasma und dem Strahlionenstrom. Durch geometrische Distinguishability between the ion saturation current from the plasma and the beam ion current. By geometric

Unterteilung der Elektrodenfläche kann zusätzlich eine energetisch differenzierte Erfassung der Ionen erfolgen. Subdivision of the electrode surface can additionally be an energetically differentiated detection of the ions.

Die Beschichtung der Sondenrückseite durch gestreute The coating of the probe back by scattered

Neutralpartikel ist so gering und die Sputterwirkung unter Vorspannung so hoch, dass auch periodischer, kurzzeitiger Sondenbetrieb ohne Vorspannung bzw. Kennlinien-Aufnahmen möglich sind. Auf diese Weise ist die mittlere Energie des Hintergrundplasmas in Substratnähe bestimmbar. Neutral particle is so low and the sputtering under bias so high that even periodic, short-term probe operation without bias or characteristic recordings are possible. In this way, the mean energy of the background plasma near the substrate can be determined.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind mehrere In an advantageous embodiment, several

substratnahe Plasmasonden in einem vertikalen Abstand von nicht mehr als 10 cm von dem zu beschichtenden Substrat angeordnet. Die mehreren substratnahen Plasmasonden sind dabei vorteilhaft in verschiedenen radialen Abständen zu einer Hauptemissionsrichtung der Plasmaionenquelle substrate near plasma probes arranged at a vertical distance of not more than 10 cm from the substrate to be coated. The multiple substrate-near plasma probes are advantageous at different radial distances to a main emission direction of the plasma ion source

angeordnet. Auf diese Weise kann die radiale Verteilung mindestens einer Plasmakenngröße in Bezug auf die arranged. In this way, the radial distribution of at least one plasma characteristic with respect to the

Hauptemissionsrichtung der Plasmaionenquelle erfasst werden. Dies ermöglicht insbesondere eine Steuerung der Plasmaionenquelle, beispielsweise durch eine Veränderung des Gasflusses, der Entladungsleistung oder des Magnetfelds, derart, dass eine radiale Verteilung der Eigenschaften einer aufwachsenden Schicht gezielt beeinflusst wird. Main emission direction of the plasma ion source can be detected. This allows in particular a control of Plasma ion source, for example, by a change in the gas flow, the discharge power or the magnetic field, such that a radial distribution of the properties of a growing layer is selectively influenced.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden mindestens zwei substratnahe Plasmasonden verwendet, wobei eine der In an advantageous embodiment, at least two substrate-near plasma probes are used, one of the

substratnahen Plasmasonden durch eine Blende von dem Close to the substrate plasma probes through a diaphragm of the

Ionenstrahl der Plasmaionenquelle abgeschattet ist. Bei der durch die Blende abgeschatteten Plasmasonde treffen Is shadowed ion beam of the plasma ion source. Hit the plasma probe shaded by the shutter

vorteilhaft keine oder nur vernachlässigbar wenige Ionen des Ionenstrahls der Plasmaionenquelle auf die Elektrode, sodass diese Plasmasonde zur Messung von Ionen des advantageously no or only negligible few ions of the ion beam of the plasma ion source to the electrode, so that this plasma probe for the measurement of ions of the

Hintergrundplasmas verwendet werden kann. Background plasma can be used.

Eine Plasmasonde, die insbesondere als substratnahe A plasma probe, especially as a substrate near

Plasmasonde bei dem hierin beschriebenen plasma- ionengestützten Beschichtungsverfahren verwendet werden kann, wird im Folgenden beschrieben. Plasma probe can be used in the plasma ion-assisted coating method described herein will be described below.

Die Plasmasonde zur Monitorierung des plasma-ionengestützten Beschichtungsverfahrens umfasst gemäß zumindest einer The plasma probe for monitoring the plasma-ion-supported coating method comprises according to at least one

Ausführungsform eine elektrisch isolierende Grundplatte mit einer Vorderseite und einer Rückseite. Die Vorderseite der Grundplatte ist beim bestimmungsgemäßen Gebrauch dem von der Plasmaionenquelle erzeugten Ionenstrahl zugewandt. An einer Rückseite der Grundplatte ist eine elektrisch leitende Embodiment an electrically insulating base plate with a front and a back. The front side of the base plate, when used as intended, faces the ion beam generated by the plasma ion source. At a back of the base plate is an electrically conductive

Schicht angeordnet, die insbesondere ein Metall oder eine Metalllegierung aufweisen kann. Die elektrisch leitende Layer arranged, which may in particular comprise a metal or a metal alloy. The electrically conductive

Schicht fungiert als Elektrode der Plasmasonde. Layer acts as an electrode of the plasma probe.

Weiterhin weist die Plasmasonde gemäß einer Ausgestaltung einen mit der elektrisch leitenden Schicht verbunden Kontaktstift auf, der an der Rückseite der Grundplatte angeordnet ist und eine elektrisch isolierende Ummantelung aufweist. Durch den Kontaktstift wird die elektrisch leitende Schicht, die als strahlabgewandte Rückseitenelektrode Furthermore, according to one embodiment, the plasma probe has one connected to the electrically conductive layer Contact pin, which is arranged at the back of the base plate and having an electrically insulating sheath. Through the contact pin, the electrically conductive layer, which is used as a back side electrode facing away from the jet

fungiert, elektrisch kontaktiert. An dem Kontaktstift kann ein Verbindungsbauteil angeordnet sein, das zum elektrischen Anschluss und zur Befestigung der Plasmasonde dient. acts, electrically contacted. At the contact pin, a connecting member may be arranged, which serves for the electrical connection and for fixing the plasma probe.

Die Plasmasonde macht sich die Erkenntnis zunutze, dass die Energie und Dichte des isotropen Hintergrundplasmas in der Nähe des zu beschichtenden Substrats so niedrig sind, dass dort beim Anlegen einer negativen Vorspannung an die The plasma probe makes use of the knowledge that the energy and density of the isotropic background plasma in the vicinity of the substrate to be coated are so low that there when applying a negative bias to the

Plasmasonde in dem Plasma eine breite Randschicht mit einer Breite von etwa 1 mm bis 3 mm entsteht, die vorteilhaft als ionenoptisches Abbildungssystem benutzt wird. Insbesondere wurde festgestellt, dass eine im Bereich der Plasmasonde entstehende Randschicht des Plasmas dazu genutzt werden kann, einen Teil der Ionen aus dem auf die Vorderseite der Plasma probe in the plasma, a wide edge layer is formed with a width of about 1 mm to 3 mm, which is advantageously used as an ion-optical imaging system. In particular, it has been found that an edge layer of the plasma which arises in the region of the plasma probe can be used to remove part of the ions from the front side of the plasma

Plasmasonde gerichteten Ionenstrahl der Plasmaionenquelle am Rand der Sonde derart umzulenken, dass sie auf die an der Rückseite der Plasmasonde angeordnete elektrisch leitende Schicht treffen. Plasma probe directed ion beam of the plasma ion source at the edge of the probe to deflect such that they hit the arranged on the back of the plasma probe electrically conductive layer.

Die Grundplatte der Plasmasonde ist bevorzugt kreisrund. Der Durchmesser der Grundplatte beträgt vorzugsweise 0,5 cm bisThe base plate of the plasma probe is preferably circular. The diameter of the base plate is preferably 0.5 cm to

10 cm, besonders bevorzugt 2 cm bis 4 cm, beispielsweise etwa 3 cm. Der Kontaktstift weist beispielsweise eine Länge von etwa 3 cm auf. Die Dicke der Grundplatte ist vorteilhaft derart gewählt, dass sie in etwa der Dicke der Randschicht des Plasmas entspricht. Bevorzugt weist die Grundplatte eine Dicke von 1 mm bis 3 mm auf. Die Dicke der als Elektrode fungierenden elektrisch leitenden Schicht ist vorzugsweise sehr viel kleiner als die Dicke der Randschicht des Plasmas. Die elektrisch leitende Schicht weist bevorzugt eine Dicke von weniger als 1 mm, insbesondere im Bereich von 1 ym bis 1 mm, auf. Beispielsweise kann die Dicke der elektrisch leitenden Schicht etwa 30 ym betragen. 10 cm, more preferably 2 cm to 4 cm, for example about 3 cm. The contact pin has for example a length of about 3 cm. The thickness of the base plate is advantageously chosen such that it corresponds approximately to the thickness of the surface layer of the plasma. Preferably, the base plate has a thickness of 1 mm to 3 mm. The thickness of the electrically conductive layer acting as an electrode is preferably much smaller than the thickness of the surface layer of the plasma. The electrically conductive layer preferably has a thickness of less than 1 mm, in particular in the range of 1 μm to 1 mm. For example, the thickness of the electrically conductive layer may be about 30 μm.

Bei einer Ausführungsform weist die Plasmasonde eine auf der Vorderseite der Grundplatte angeordnete isolierende Blende auf, welche die Grundplatte seitlich überragt. Bei dieserIn one embodiment, the plasma probe has an insulating cover arranged on the front side of the base plate, which projects laterally beyond the base plate. At this

Ausführungsform ist die isolierende Blende dazu vorgesehen, einen auf die Vorderseite der Plasmasonde gerichteten Embodiment, the insulating diaphragm is provided to a directed to the front of the plasma probe

Ionenstrahl derart abzuschirmen, dass die Ionen des To shield the ion beam in such a way that the ions of the

Ionenstrahls nicht auf die elektrisch leitende Schicht auftreffen. Dies ist dann vorteilhaft, wenn die Plasmasonde nicht zur Messung der Energie- oder Ionenflussdichte des Ionenstrahls der Plasmaionenquelle, sondern zur Messung des Ionensättigungsstroms des Hintergrundplasmas verwendet werden soll. Bei dieser Ausgestaltung überragt die Blende die Ion beam does not hit the electrically conductive layer. This is advantageous if the plasma probe is not to be used to measure the energy or ion flux density of the ion beam of the plasma ion source but to measure the ion saturation current of the background plasma. In this embodiment, the aperture dominates the

Grundplatte um einen Wert, der mindestens gleich einer Dicke der Randschicht des Plasmas ist. Insbesondere überragt die Blende die Grundplatte um mindestens 0,1 mm, beispielsweise um 0,1 mm bis 10 mm, bevorzugt um 1 mm bis 10 mm. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Base plate by a value which is at least equal to a thickness of the surface layer of the plasma. In particular, the aperture projects beyond the base plate by at least 0.1 mm, for example by 0.1 mm to 10 mm, preferably by 1 mm to 10 mm. The invention will be described below with reference to

Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 4 näher erläutert. Embodiments in connection with the figures 1 to 4 explained in more detail.

Es zeigen: Show it:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Plasmasonde gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel , Figur 2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Plasmasonde gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel , 1 shows a schematic representation of a cross section through a plasma probe according to a first embodiment, FIG. 2 shows a schematic representation of a cross section through a plasma probe according to a second exemplary embodiment,

Figur 3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Beschichtungsanlage bei einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur plasma- ionengestützten Beschichtung, und FIG. 3 shows a schematic representation of a cross section through a coating installation in an exemplary embodiment of the method for the plasma-ion-supported coating, and

Figur 4 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Beschichtungsanlage bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur plasma- ionengestützten Beschichtung. Figure 4 is a schematic representation of a cross section through a coating system in a further embodiment of the method for plasma ion-supported coating.

Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Identical or equivalent components are each provided with the same reference numerals in the figures. The

dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Components shown and the proportions of the components with each other are not to be regarded as true to scale.

Die in Figur 1 schematisch im Querschnitt dargestellte The schematically illustrated in Figure 1 in cross section

Plasmasonde 21 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel weist eine elektrisch isolierende Grundplatte 2 mit einer Plasma probe 21 according to a first embodiment has an electrically insulating base plate 2 with a

Vorderseite 11 und einer Rückseite 12 auf. Die Grundplatte 2 ist vorteilhaft zylindrisch ausgeführt, das heißt sie weist einen kreisförmigen Querschnitt auf. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Grundplatte einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweist, insbesondere in Form eines Vielecks wie beispielsweise einem Quadrat. Der Durchmesser der Grundplatte beträgt zwischen 0,5 cm und 10 cm, insbesondere zwischen 2 cm und 4 cm, beispielsweise etwa 3 cm. Die Rückseite 12 der Grundplatte 2 ist mit einer elektrisch leitenden Metallschicht 3 versehen, welche eine Elektrode der Plasmasonde 21 ausbildet. Die Metallschicht 3 ist über einen elektrisch leitenden Kontaktstift 5 kontaktiert, der mit einer elektrisch isolierenden Umhüllung 4 ummantelt ist. Front 11 and a back 12 on. The base plate 2 is advantageously cylindrical, that is, it has a circular cross-section. Alternatively, it is also possible that the base plate has a non-circular cross-section, in particular in the form of a polygon such as a square. The diameter of the base plate is between 0.5 cm and 10 cm, in particular between 2 cm and 4 cm, for example about 3 cm. The rear side 12 of the base plate 2 is provided with an electrically conductive metal layer 3, which forms an electrode of the plasma probe 21. The metal layer 3 is contacted via an electrically conductive contact pin 5, which is sheathed with an electrically insulating sheath 4.

Durch den metallischen Kontaktstift 5 kann die als Elektrode fungierende elektrisch leitende Schicht 3 insbesondere auf ein negatives elektrisches Potential gebracht werden, d.h. es kann eine negative Vorspannung angelegt werden. Der By the metallic contact pin 5, the electrically conductive layer 3 functioning as an electrode can be brought in particular to a negative electrical potential, i. a negative bias voltage can be applied. Of the

Kontaktstift 5 ist vorteilhaft zentrisch an der elektrisch leitenden Schicht angebracht und weist beispielsweise eine Länge von etwa 3 cm auf. An einer der Grundplatte 2 gegenüber liegenden Seite des Kontaktstifts 5 ist ein lösbares Contact pin 5 is advantageously mounted centrally on the electrically conductive layer and has for example a length of about 3 cm. On one of the base plate 2 opposite side of the contact pin 5 is a detachable

Verbindungsbauteil 6 angebracht, welches zum elektrischen Anschluss und zur mechanischen Befestigung der Plasmasonde 21 dient . Connection member 6 is attached, which serves for electrical connection and for mechanical attachment of the plasma probe 21.

Die Plasmasonde 21 ist dazu vorgesehen, bei einem plasma- ionengestützten Beschichtungsverfahren, bei dem eine The plasma probe 21 is intended to be used in a plasma ion-assisted coating process in which a

Plasmaionenquelle eingesetzt wird, mindestens eine Plasma ion source is used, at least one

Plasmakenngröße in der Nähe des zu beschichtenden Substrats zu messen. Hierzu wird die Plasmasonde 21 vorteilhaft derart in die Vakuumkammer einer Beschichtungsanlage eingebaut, dass sie nur einen sehr geringen vertikalen Abstand von der Plasma characteristic near the substrate to be coated to measure. For this purpose, the plasma probe 21 is advantageously installed in such a way in the vacuum chamber of a coating system that they only a very small vertical distance from the

Substratebene aufweist. Vorzugsweise beträgt der vertikale Abstand von der Substratebene nur weniger als 10 cm. Die Plasmasonde 21 wird in Bezug auf den in Figur 1 durch Pfeile symbolisierten Ionenstrahl 1 der Plasmaionenquelle derart angeordnet, dass die Vorderseite 11 der Grundplatte 2 dem Ionenstrahl 1 zugewandt ist. Vorzugsweise wird die Substrate level has. Preferably, the vertical distance from the substrate plane is only less than 10 cm. The plasma probe 21 is arranged in relation to the symbolized in Figure 1 by the ion beam ion beam 1 of the plasma ion source such that the front side 11 of the base plate 2 faces the ion beam 1. Preferably, the

Plasmasonde 21 derart angeordnet, dass die Vorderseite 11 der Grundplatte 2 im Wesentlichen senkrecht zum Ionenstrahl 1 ist . Über der elektrisch leitenden Schicht 3 bildet sich im Plasmasonde 21 arranged such that the front side 11 of the base plate 2 is substantially perpendicular to the ion beam 1. About the electrically conductive layer 3 is formed in the

Betrieb eine Randschicht 8 des Plasmas aus. Die Randschicht 8 des Plasmas ist oberhalb der elektrisch leitenden Schicht 3 in weiten Bereichen planar mit einer Randschichtdicke von etwa 1 mm bis 3 mm. Operation an edge layer 8 of the plasma. The surface layer 8 of the plasma is above the electrically conductive layer 3 in many areas planar with a peripheral layer thickness of about 1 mm to 3 mm.

Entlang des Umfangs der elektrisch leitenden Schicht 3 weist die Randschicht 8 einen konvexen Bereich 7 auf, deren Rand 9 im Querschnitt im Wesentlichen halbkreisförmig ist, wobei der äußere Rand der elektrisch leitenden Schicht 3 den Along the circumference of the electrically conductive layer 3, the edge layer 8 has a convex region 7, whose edge 9 is substantially semicircular in cross-section, wherein the outer edge of the electrically conductive layer 3 the

Mittelpunkt des Halbkreises bildet. Hierbei wird angenommen, dass die elektrisch leitende Schicht 3 wesentlich dünner als die Dicke der Randschicht 8 ist, wobei die elektrisch Center of the semicircle forms. Here, it is assumed that the electrically conductive layer 3 is substantially thinner than the thickness of the edge layer 8, wherein the electrically

leitende Schicht 3 vorzugsweise dünner als 1 mm, bevorzugt dünner als 100 ym, ist. Die Dicke der elektrisch leitenden Schicht 3 kann beispielsweise 30 ym betragen. Der konvexe Bereich 7, der durch den im Wesentlichen halbkreisförmigen Rand 9 begrenzt wird, wird bei der Plasmasonde 21 vorteilhaft zur Umlenkung der den konvexen Bereich 7 der Randschicht 8 passierenden Ionen des Ionenstrahls 1 genutzt. Insbesondere werden die Ionen, welche den konvexen Randbereich 7 der conductive layer 3 is preferably thinner than 1 mm, preferably thinner than 100 ym. The thickness of the electrically conductive layer 3 may be, for example, 30 μm. The convex region 7, which is bounded by the substantially semicircular edge 9, is advantageously used in the plasma probe 21 for deflecting the ions of the ion beam 1 passing through the convex region 7 of the edge layer 8. In particular, the ions forming the convex edge portion 7 of FIG

Randschicht 8 passieren, durch das elektrische Feld in der Randschicht 8 auf die durch die elektrisch leitende Schicht 3 gebildete Elektrode gelenkt. Die auf die Elektrode gelenkten Ionen lösen dort zusätzlich zum Ionensättigungsstrom des Hintergrundplasmas einen Strom aus. Aus dem auf diese Weise erzeugten Signal kann die Energie- und/oder Ionenflussdichte des Ionenstrahls 1 bestimmt werden. Passing edge layer 8, directed by the electric field in the edge layer 8 on the electrode formed by the electrically conductive layer 3. The ions directed onto the electrode release a current in addition to the ion saturation current of the background plasma. From the signal generated in this way, the energy and / or ion flux density of the ion beam 1 can be determined.

In Figur 2 ist eine alternative Ausführungsform einer In Figure 2 is an alternative embodiment of a

Plasmasonde schematisch im Querschnitt dargestellt. Die Plasma probe shown schematically in cross section. The

Plasmasonde 22 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 unterscheidet sich von der Plasmasonde 21 gemäß dem Plasma probe 22 according to the embodiment of Figure 2 differs from the plasma probe 21 according to the

Ausführungsbeispiel der Figur 1 dadurch, dass auf die Embodiment of Figure 1 in that on the

Vorderseite 11 der Grundplatte 2 eine isolierende Blende 13 aufgebracht ist. Die Blende 13 ist derart ausgebildet, dass sie die Grundplatte 2 seitlich mindestens um einen derart großen Abstand überragt, dass der Abstand mindestens der Dicke der Randschicht 8 des Plasmas entspricht. Vorteilhaft überragt die Blende die Grundplatte seitlich um mindestens 0,1 mm, bevorzugt um mindestens 1 mm. Die Blende 13 kann wie die Grundplatte 2 als zylinderförmige Scheibe ausgebildet sein, wobei die Blende 13 zentrisch zur Grundplatte 2 Front side 11 of the base plate 2, an insulating panel 13 is applied. The diaphragm 13 is designed such that it projects beyond the base plate 2 laterally at least by such a large distance that the distance corresponds at least to the thickness of the surface layer 8 of the plasma. Advantageously, the panel projects laterally beyond the base plate by at least 0.1 mm, preferably by at least 1 mm. The diaphragm 13 may be formed as the base plate 2 as a cylindrical disc, the diaphragm 13 centric to the base plate. 2

angeordnet ist und einen um mindestens 0,1 mm, bevorzugt mindestens 1 mm größeren Durchmesser aufweist. Bei dieser Ausführungsform der Plasmasonde 22 verhindert die Blende 13, dass die Ionen des Ionenstrahls 1 in den konvexen Randbereich 7 der Randschicht 8 des Plasmas eindringen, sodass sie nicht in dem konvexen Randbereich 7 abgelenkt werden und die als Elektrode fungierende elektrisch leitende Schicht 3 nicht erreichen. Auf diese Weise ist die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform der Plasmasonde 22 von den Ionen des Ionenstrahls 1 abgeschattet. Da die elektrisch leitende Schicht 3 durch die Blende 13 von dem gerichteten Ionenstrahl 1 der Plasmaionenquelle abgeschattet ist, wird die elektrisch leitende Schicht 3 nur von den Ionen des Hintergrundplasmas getroffen. Diese Ausführungsform der Plasmasonde 22 ist daher dazu geeignet, einen Sättigungsstrom von Ionen eines is arranged and has a diameter greater by at least 0.1 mm, preferably at least 1 mm. In this embodiment, the plasma probe 22 prevents the diaphragm 13, that the ions of the ion beam 1 penetrate into the convex edge portion 7 of the edge layer 8 of the plasma, so that they are not deflected in the convex edge portion 7 and not reach the electrically conductive layer 3 acting as an electrode , In this way, the embodiment of the plasma probe 22 shown in FIG. 2 is shaded by the ions of the ion beam 1. Since the electrically conductive layer 3 is shadowed by the diaphragm 13 from the directed ion beam 1 of the plasma ion source, the electrically conductive layer 3 is struck only by the ions of the background plasma. This embodiment of the plasma probe 22 is therefore suitable for a saturation current of ions of a

Hintergrundplasmas zu messen. Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen To measure background plasma. With regard to further advantageous embodiments

entspricht die in Figur 2 dargestellte Plasmasonde ansonsten dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Plasmasonden 21, 22 sind aufgrund ihrer geringen Abmessungen insbesondere dazu geeignet, an mehreren Stellen einer Vakuumkammer für einen plasma-ionengestützten Beschichtungsprozess angebracht zu werden. otherwise corresponds to the embodiment shown in Figure 1, the plasma probe shown in Figure 2. Due to their small dimensions, the plasma probes 21, 22 shown in FIGS. 1 and 2 are particularly suitable for being mounted at several points of a vacuum chamber for a plasma-ion-supported coating process.

Die Figur 3 zeigt schematisch eine Beschichtungsanlage zur Durchführung eines plasma-ionengestützten FIG. 3 schematically shows a coating installation for carrying out a plasma-ion-supported coating

Beschichtungsverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel. Coating method according to an embodiment.

Die Beschichtungsanlage weist eine Vakuumkammer 14 auf, die beispielsweise in einem oberen Teil einen Substrathalter 18 zur Aufnahme von einem oder mehreren Substraten 19 aufweist, die mit dem plasma-ionengestützten Beschichtungsverfahren beschichtet werden sollen. Der Substrathalter 18 kann The coating installation has a vacuum chamber 14 which, for example, has in an upper part a substrate holder 18 for receiving one or more substrates 19 which are to be coated with the plasma-ion-supported coating method. The substrate holder 18 can

beispielsweise um eine Drehachse 24 rotierbar sein. Weiterhin weist die Vakuumkammer ein oder mehrere Verdampfungsquellen 16 auf, um Dampfstrahlen 17 von einem oder mehreren be rotatable about an axis of rotation 24, for example. Furthermore, the vacuum chamber has one or more evaporation sources 16 to provide steam jets 17 of one or more

Beschichtungsmaterialien zu erzeugen, die als Schicht 20 oder Schichtsystem auf dem Substrat 19 abgeschieden werden sollen. Die Verdampfungsquellen 16 können beispielsweise eine To produce coating materials to be deposited as a layer 20 or layer system on the substrate 19. The evaporation sources 16 may, for example, a

thermische Verdampfungsquelle und/oder eine Elektronenstrahl- Verdampfungsquelle aufweisen. Weiterhin ist die Vakuumkammer 14 mit einer Plasmaionenquelle 15 ausgestattet, die einen auf das Substrat 19 gerichteten Ionenstrahl 1 erzeugt, um während des Aufwachsens einer Have thermal evaporation source and / or an electron beam evaporation source. Furthermore, the vacuum chamber 14 is equipped with a plasma ion source 15, which generates an ion beam 1 directed onto the substrate 19, in order during the growth of a

Schicht 20 einen Energieeintrag in die aufwachsende Schicht 20 zu bewirken. Die Plasmaionenquelle 15 kann beispielsweise zentrisch unter dem Substrathalter 18 angeordnet sein, wobei die Verdampfungsquellen 16 um die Plasmaionenquelle 15 herum angeordnet sind. Die Beschichtungsanlage und eine geeignete Plasmaionenquelle 15 sind aus den in der Einleitung zitierten Druckschriften an sich bekannt und werden daher nicht näher im Detail Layer 20 to cause an energy input into the growing layer 20. The plasma ion source 15 may, for example, be arranged centrally below the substrate holder 18, the evaporation sources 16 being arranged around the plasma ion source 15. The coating system and a suitable plasma ion source 15 are known per se from the documents cited in the introduction and will therefore not be described in greater detail

erläutert . explained.

Das hierin beschriebene plasma-ionengestützte The plasma-ion-assisted

Beschichtungsverfahren unterscheidet sich von herkömmlichen plasma-ionengestützten Beschichtungsverfahren insbesondere dadurch, dass während eines Beschichtungsvorgangs Coating method differs from conventional plasma-ion-based coating method in particular in that during a coating process

Plasmakenngrößen des mittels der Plasmaionenquelle 15 erzeugten Plasmas mittels Plasmasonden 21, 22, 23 erfasst werden . Plasma characteristics of the plasma generated by the plasma ion source 15 by means of plasma probes 21, 22, 23 are detected.

Hierzu ist bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 eine For this purpose, in the embodiment of Figure 3 a

Plasmasonde 23 in der Nähe der Plasmaionenquelle 15 Plasma probe 23 in the vicinity of the plasma ion source 15th

angeordnet. Die Plasmasonde 23 weist einen Abstand von vorzugsweise nicht mehr als 10 cm von der Plasmaionenquelle 15 auf und wird daher im Folgenden als quellennahe arranged. The plasma probe 23 has a distance of preferably not more than 10 cm from the plasma ion source 15 and is therefore hereinafter referred to as source-near

Plasmasonde 23 bezeichnet. Die Plasmasonde 23 ist Plasma probe 23 denotes. The plasma probe 23 is

vorzugsweise als Tripelsonde mit drei Elektroden ausgeführt. Eine solche Tripelsonde ist dem Fachmann an sich bekannt und wird daher nicht näher erläutert. Die bei dem hierin preferably designed as a triple probe with three electrodes. Such a triple probe is known per se to the person skilled in the art and is therefore not explained in more detail. The one in here

beschriebenen Verfahren benutzte Tripelsonde 23 wird im used in the described method triple probe 23 is in

Vergleich zu herkömmlichen Tripelsonden vorteilhaft Compared to conventional triple probes advantageous

vergleichsweise großflächig ausgeführt. Die großflächigedesigned comparatively large area. The large area

Ausführung hat den Vorteil, dass ein Materialabtrag von der Plasmasonde 23 durch hochenergetische Ionen des Ionenstrahls 1 nur eine sehr geringe relative Veränderung der Fläche der Sonde durch Sputtern bewirkt. Die Plasmasonde 23 kann Embodiment has the advantage that a removal of material from the plasma probe 23 by high-energy ions of the ion beam 1 causes only a very small relative change of the surface of the probe by sputtering. The plasma probe 23 can

beispielsweise als Zylindersonde mit einem Sondenradius r von 1 mm bis 5 mm oder als planare Sonde mit einer Dicke von typischerweise 0,1 mm bis 1 mm ausgeführt sein. Weiterhin weist die Vakuumkammer 14 zwei Plasmasonden 21, 22 auf, die in der Nähe des Substrats 20 angeordnet sind und deshalb als substratnahe Plasmasonden bezeichnet werden. Die substratnahe Plasmasonde 21 ist wie die in Figur 1 For example, be designed as a cylindrical probe with a probe radius r of 1 mm to 5 mm or as a planar probe with a thickness of typically 0.1 mm to 1 mm. Furthermore, the vacuum chamber 14 has two plasma probes 21, 22, which are arranged in the vicinity of the substrate 20 and are therefore referred to as substrate-near plasma probes. The substrate-near plasma probe 21 is like that in FIG. 1

dargestellte Plasmasonde 21 aufgebaut und dient insbesondere zur Messung der Energie- und/oder Ionenflussdichte des von der Plasmaionenquelle 15 erzeugten Ionenstrahls 1. Die weitere Plasmasonde 22 entspricht der in Figur 2 illustrated plasma probe 21 and is used in particular for measuring the energy and / or ion flux density of the ion beam generated by the plasma ion source 15 1. The further plasma probe 22 corresponds to that in Figure 2

dargestellten Plasmasonde 22 und ist insbesondere dazu vorgesehen, den Sättigungsstrom der Ionen des shown plasma probe 22 and is particularly intended to the saturation current of the ions of the

Hintergrundplasmas zu messen. To measure background plasma.

Es hat sich herausgestellt, dass die von den substratnahen Plasmasonden 21, 22 und die von der quellennahen Plasmasonde 23 erfassten Plasmakenngrößen miteinander korreliert sind. Beispiele für korrelierende Maßzahlen sind eine mittels der quellennahen Plasmasonde 23 bestimmte Leistung It has been found that the plasma characteristics detected by the plasma probes 21, 22 close to the substrate and by the plasma probe 23 close to the source are correlated with one another. Examples of correlating measures are a power determined by means of the near-source plasma probe 23

P_A = U_fts J_sts und eine mittels der substratnahen Plasmasonden 21, 22 bestimmte Leistung P_s = PB + PN + Pi, mit P_B = (U_fts + U_mts + Uf_Si) J_bi, PN = (Uft_s + U_mts) J_bn und Pi = U_fsi J_pi . P _A = U _fts J _sts and a determined by means of the substrate near plasma probes 21, 22 power P _s = PB + PN + Pi, with P _B = (U _fts + U _mts + Uf _S i) J _b i, PN = (Uft _s + U _mts ) J _bn and Pi = U _fs i J _pi .

Hierbei sind J_sts der Strahlionenstrom an der quellennahen Plasmasonde 23, U_fts die Floatingspannung der quellennahen Plasmasonde 23, U_mts die Spannung der quellennahen Plasmasonde 23 zu Masse, U_fSi die Floatingspannung der substratnahen In this case, J _{sts are} the beam ion current at the near-source plasma probe 23, U _fts the floating voltage of the near-source plasma probe 23, U _mts the voltage of the near-source plasma probe 23 to ground, U _fS i the floating voltage of the substrate near

Plasmasonde 21, J_bi der Sättigungsstrom der Strahlionen an der substratnahen Plasmasonde 21, J_bn ein durch Plasma probe 21, J _b i, the saturation current of the beam ions on the substrate near the plasma probe 21, J _bn on

Neutralteilchen verursachter äquivalenter Strom an der substratnahen Plasmasonde 21 und J_pi der Sättigungsstrom der Plasmaionen an der substratnahen Plasmasonde 22. Dadurch, dass die Größen P_A und P_s miteinander korreliert sind, kann eine Steuereinheit 25 jeweils die messtechnisch aufgrund der Signalstärke günstigere Größe als Steuergröße für den Neutral induced equivalent current on the substrate-near plasma probe 21 and J _p i is the saturation current of the plasma ions on the substrate-near plasma probe 22. Due to the fact that the sizes of P _A and P _s are correlated with each other, a control unit 25 can in each case the metrological favorable due to the signal strength size than Control size for the

Beschichtungsprozess heranziehen . Die von den Plasmasonden 21, 22, 23 erfassten Use coating process. The detected by the plasma probes 21, 22, 23

Plasmakenngrößen werden von der Steuereinheit 25 der Plasma characteristics are from the control unit 25 of the

Beschichtungsanlage dazu verwendet, den Beschichtungsprozess zu steuern. In Verbindung mit weiteren Parametern des Coating plant used to control the coating process. In conjunction with other parameters of the

Beschichtungsprozesses (z.B. Entladungsspannung, Coating process (e.g., discharge voltage,

Entladungsstrom, Biasspannung, Kathoden-Heizleistung, Discharge current, bias voltage, cathode heating power,

Magnetspulenstrom und Gasfluss der Plasmaionenquelle 15, Druck und Temperatur in der Vakuumkammer 14) können direkte Steuerungsgrößen für den lokalen Brechungsindex der SchichtSolenoid current and gas flow of the plasma ion source 15, pressure and temperature in the vacuum chamber 14) can provide direct control of the local refractive index of the layer

20 erhalten werden. Die von den Plasmasonden 21, 22 erfassten Plasmakenngrößen können insbesondere zur Feinabstimmung der weiteren Anlagenparameter verwendet werden, um die 20 are obtained. The plasma parameters recorded by the plasma probes 21, 22 can be used in particular for the fine-tuning of the further system parameters in order to obtain the

Schichteigenschaften wie insbesondere den Brechungsindex gezielt zu steuern. Layer properties such as in particular to control the refractive index targeted.

Ein Zusammenhang zwischen den Steuerungsgrößen und den A connection between the control variables and the

Schichteigenschaften wie insbesondere dem Brechungsindex kann durch eine angemessene Anzahl von Kalibrierungs- Beschichtungen ermittelt werden. Dies ermöglicht es Layer properties such as in particular the refractive index can be determined by an appropriate number of calibration coatings. This allows it

insbesondere, Brechungsindexprofile nach Vorgabe mit einer wesentlich höheren Genauigkeit und Reproduzierbarkeit zu erzeugen, als dies bei einer Steuerung ohne eine direkte Messung von Plasmakenngrößen mittels der Plasmasonden 21, 22, 23 der Fall wäre. In particular, to produce refractive index profiles according to specification with a much higher accuracy and reproducibility than would be the case with a controller without a direct measurement of plasma parameters by means of the plasma probes 21, 22, 23.

In Figur 4 ist eine Abwandlung der in Figur 3 dargestellten Beschichtungsanlage für das plasma-ionengestützte FIG. 4 shows a modification of the plasma ion-assisted coating system shown in FIG

Beschichtungsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 dadurch, dass Coating process according to an embodiment shown. This embodiment differs from the embodiment of Figure 3 in that

anstelle der substratnahen Plasmasonde 21 drei gleichartige Plasmasonden 21a, 21b, 21c in der Nähe des Substrats 19 angeordnet sind. Die substratnahen Plasmasonden 21a, 21b, 21c, 22 sind wie die in Figur 1 dargestellte Plasmasonde 21 aufgebaut, und die weitere substratnahe Plasmasonde 22 ist wie das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel instead of the substrate-near plasma probe 21 three similar plasma probes 21a, 21b, 21c in the vicinity of the substrate 19th are arranged. The substrate-near plasma probes 21a, 21b, 21c, 22 are constructed like the plasma probe 21 shown in Figure 1, and the other substrate near plasma probe 22 is like the embodiment shown in Figure 2

aufgebaut. built up.

Die drei gleichartigen Plasmasonden 21a, 21b, 21c dienen zur Messung der Energie- und/oder Ionenflussdichte des von der Plasmaionenquelle 15 erzeugten Ionenstrahls 1. Um diese für die Beschichtung wichtige Plasmakenngröße an The three similar plasma probes 21a, 21b, 21c are used to measure the energy and / or ion flux density of the ion beam 1 generated by the plasma ion source 15. To this important plasma characteristic for the coating

unterschiedlichen Positionen des Substrathalters 18 zu erfassen, sind die Plasmasonden 21a, 21b, 21c vorteilhaft in verschiedenen radialen Abständen von einer To detect different positions of the substrate holder 18, the plasma probes 21a, 21b, 21c are advantageous in different radial distances of one

Hauptemissionsrichtung der Plasmaionenquelle 15 angeordnet. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Main emission direction of the plasma ion source 15 is arranged. This is particularly advantageous if the

Substrathalter 18 an verschiedenen Positionen mit Substraten 19 bestückt wird, um die Schichteigenschaften wie Substrate holder 18 is equipped at various positions with substrates 19 to the layer properties such as

insbesondere den Brechungsindex gezielt anhand der an der jeweiligen Position ermittelten Plasmakenngrößen steuern zu können. in particular, to be able to control the refractive index in a targeted manner on the basis of the plasma parameters determined at the respective position.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die The invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the includes

Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Invention every new feature as well as every combination of

Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Features, which includes in particular any combination of features in the claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly in the

Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Claims or embodiments is given.

Claims

claims

1. Plasma-ion-based coating process,

in which

- In a vacuum chamber (14) by means of a

Evaporation source (16) a vapor jet (17) of a coating material is produced, which is directed to deposit a layer (20) on a substrate (19),

- during a coating process on the

Substrate (19) directed ion beam (1) for

Energy input into the layer (20) by means of a

Plasma ion source (15) is generated,

- at least one plasma parameter during the

Coating process by means of at least one

Plasma probe (21, 22, 23) is determined, and

- the measured plasma characteristic or one from the

Plasma parameter calculated measure of one

Control device (25) for regulating the

Coating process is used.

2. Plasma-ion-based coating method according to

Claim 1,

in which the plasma characteristic is an energy density and / or an ion flux density of the ion beam (1).

3. Plasma-ion-based coating method according to

Claim 1 or 2,

in which several plasma parameters are measured, wherein the plasma characteristics comprise one or more of the following: energy density of the ion beam (1), ion flux density of the ion beam (1), flux density of ions of a background plasma, flux density of Neutral particles.

Plasma-ion-based coating method according to one of the preceding claims,

wherein a near-source plasma probe (23) is disposed at a distance of not more than 10 cm from an exit port of the plasma ion source (15).

Plasma-ion-based coating method according to

Claim 4,

wherein the near-source plasma probe (23) a

cylindrical probe with a probe radius between 1 mm and 5 mm.

Plasma-ion-based coating method according to

Claim 4,

wherein the near-source plasma probe (23) is a planar probe with a probe thickness between 0.1 mm and 1 mm.

Plasma-ion-based coating method according to one of the preceding claims,

wherein at least one substrate-near plasma probe (21, 22) is arranged at a vertical distance of not more than 10 cm from the substrate (19).

Plasma-ion-based coating method according to

Claim 7,

wherein a plurality of substrate-near plasma probes (21a, 21b, 21c) at a vertical distance of not more than 10 cm from the substrate (19) at different radial distances to a main emission direction of the plasma ion source (15) are arranged.

9. Plasma-ion-based coating method according to

Claim 7 or 8,

wherein at least two substrate near plasma probes (21, 22) are used, wherein at least one substrate near plasma probe (22) through a diaphragm (13) of the

Ion beam (1) of the plasma ion source (15) is shadowed.

10. A plasma probe (21, 22) for monitoring a plasma-ion-supported coating method, comprising:

an electrically insulating base plate (2) having a front side (11) and a rear side (12),

- one on the back (12) of the base plate (2)

arranged electrically conductive layer (3),

- one with the electrically conductive layer (3)

connected contact pin (5) which is arranged on the rear side (12) of the base plate (2) and an electrically insulating sheath (4), and

- One on the contact pin (5) arranged

Connecting component (6) for electrical connection and for fixing the plasma probe (21, 22).

11. Plasma probe according to claim 10,

wherein the base plate (2) has a lateral dimension of 0.5 cm to 10 cm.

12. Plasma probe according to claim 10 or 11,

wherein the base plate (2) has a thickness of 1 mm to 3 mm.

13. Plasma probe according to one of claims 10 to 12,

wherein the metal layer (3) has a thickness of less than 1 mm. 14. Plasma probe according to one of claims 10 to 13,

wherein the plasma probe (22) on the front side (11) of the base plate (2) arranged insulating diaphragm (13), which projects beyond the base plate (2) laterally. 15. Plasma probe according to one of the preceding claims, wherein the diaphragm (13) laterally projects beyond the base plate (2) by at least 0.1 mm to 10 mm.